JP2020097256A - 操舵機能付ハブユニットおよび操舵システム並びにこれを備えた車両 - Google Patents

Abstract

【課題】通常の操舵に付加して、走行状況に合わせ左右の車輪を適切な転舵角に制御できるようにする。この場合に、コンパクトな構造で、直動機構の出力ロッドの移動量を正確に、かつ冗長性を確保して監視することができるようにする。【解決手段】この操舵機能付ハブユニット１は、車輪支持用のハブベアリング１５を有するハブユニット本体２と、懸架装置のナックル６に設けられてハブユニット本体２を上下方向の転舵軸心Ａ回りに回転自在に支持するユニット支持部材３と、ハブユニット本体２を回転させる操舵用アクチュエータ５とを備える。操舵用アクチュエータ５は、直動機構２５の出力ロッド２５ａが進退することで転舵させる。この直動機構２５の出力ロッド２５ａの移動量を検出する位置センサ４４を設ける。この位置センサ４４は、位置の変化を検出する半導体素子を１パッケージに２個有する。【選択図】図２

Description

この発明は、ステアリング装置による操舵に付加して操舵輪または非操舵輪に微小な操舵を左右輪独立で行う機能を備えた操舵機能付ハブユニットおよび操舵システム並びにこれを備えた車両に係り、走行状況に合わせ左右の車輪を適切な転舵角に制御することで、燃費の改善および走行性の安定と安全性の向上を図る技術に関する。

一般的な自動車等の車両は、ハンドルとステアリング装置が機械的に接続され、また、ステアリング装置の両端はタイロッドによってそれぞれの左右輪につながっている。そのため、ハンドルの動きによる左右輪の切れ角度は初期の設定によって決まる。
車両のジオメトリには、(1) 左右輪の切れ角度が同じである「パラレルジオメトリ」、(2) 旋回中心を１か所にするために旋回内輪車輪角度を旋回外輪車輪角度よりも大きく切る「アッカーマンジオメトリ」が知られている。

アッカーマンジオメトリは、車両に作用する遠心力を無視できるような低速域での旋回において、車両をスムーズに旋回させるために、各輪が共通の一点を中心として旋回するように左右輪の舵角差を設定している。しかし、遠心力を無視できない高速域の旋回においては、車輪は遠心力とつり合う方向にコーナリングフォースを発生させることが望ましいため、アッカーマンジオメトリよりもパラレルジオメトリとすることが好ましい。

前述したように一般的な車両の操舵装置は機械的に車輪と接続されているため、一般的には固定された単一のステアリングジオメトリしか取ることができず、アッカーマンジオメトリとパラレルジオメトリとの中間的なジオメトリに設定されることが多い。しかし、この場合、低速域では左右輪の舵角差が不足して外輪の舵角が過大となり、高速域では内輪の舵角が過大となる。このように内外輪の車輪横力配分に不要な偏りがあると、走行抵抗の悪化による燃費悪化及びタイヤの早期摩耗の原因となり、また内外輪を効率的に利用できないので、コーナリングのスムーズさが損なわれるといった課題がある。

独国特許出願公開第１０２０１２２０６３３７号明細書 特開２０１４−０６１７４４号公報

特許文献１に記載の技術は、モータを２個使っているため、モータ個数の増大によるコスト増が生じるだけでなく、制御が複雑になる。
特許文献２に記載の技術は、転舵軸に対しハブベアリングを片持ち支持しているため、剛性が低下し、過大な走行Ｇの発生によってステアリングジオメトリが変化してしまう可能性がある。
また、転舵軸上に減速機を設けた場合、モータを含めてサイズが大きくなる。サイズが大きくなると車輪の内周部に全体を配置することが困難となる。また、減速比の大きい減速機を設けた場合、応答性が悪化する。

上記のように従来の補助的な操舵機能を備えた機構は、車両において車輪のトー角度やキャンバー角度を任意に変更することを目的としているため、モータ及び減速機構が複数個必要になり複雑な構成となっている。また、剛性を確保することが困難であり、剛性を確保するためには大型とする必要があり、重くなる。
また、キングピン軸と転舵軸が一致する場合は、構成要素部品がハブユニットの後方（車体側）に配置されるために全体のサイズが大きくなり重くなる。

走行中の車両において、車輪のトー角度とキャンバー角度を自由に変更するためには、複雑な構成が必要であり、構成部品が多くなり、巨大化する可能性がある。

操舵機能付ハブユニットにおいて、転舵角を細密に制御するために、台形ねじ等を用いた直動機構の出力ロッドの移動量を適切に管理する必要があり、磁気センサ等の直線位置センサ（以下単に「位置センサ」と称する）によるリアルタイムな監視が必要である。

また制御中に、前記モータのレゾルバなどの回転センサと位置センサの値を相互チェックすることで、操舵機能付ハブユニットのアクチュエータが正しく動作しているかを互いに確認し、どちらかに異常が生じた場合には制御を停止することが望ましい。
しかし、制御中に位置センサが失陥した場合には、モータのレゾルバ等の回転センサの値と位置センサの値が整合できなくなり、即座に制御が停止してしまう。これを回避するために、磁気センサ等の位置センサを２個設置すると、操舵機能付ハブユニットが大きくなり、サスペンション等の他部品に干渉する可能性がある。
操舵機能付ハブユニットを車輪内の限られたスペースに収容するためには小型化が必要であるが、２個の位置センサを適切に配することが課題となる。

この発明の目的は、操舵輪の通常の操舵に加えて、操舵輪または非操舵輪に微小な角度の操舵を左右輪独立で行う機能を備え、走行状況に合わせ左右の車輪を適切な転舵角に制御することで、燃費の改善および走行性の安定と安全性の向上を図れ、かつコンパクトな構造で、直動機構の出力ロッドの移動量を正確に、かつ冗長性を確保して監視することができる操舵機能付ハブユニット、および操舵システム、並びにこれを備えた車両を提供することである。

この発明の操舵機能付ハブユニットは、車輪を支持するハブベアリングを有するハブユニット本体と、
懸架装置の足回りフレーム部品に設けられ、前記ハブユニット本体を上下方向に延びる転舵軸心回りに回転自在に支持するユニット支持部材と、
前記ハブユニット本体を前記転舵軸心回りに回転駆動させる操舵用アクチュエータと、を備え、
前記操舵用アクチュエータは、回転駆動源と、この回転駆動源の回転出力を直進運動に変換する直動機構とを有し、
前記直動機構の前記出力ロッドの移動量を監視する位置センサを有し、この位置センサは、位置の変化を検出する半導体素子を１パッケージに２個有し、前記各半導体素子の出力を前記パッケージの外部に出力する出力端子を個別に有する。

この構成の操舵機能付ハブユニットによると、操舵用アクチュエータの駆動により、ハブベアリングを有するハブユニット本体が前記転舵軸心回りに回転させられる。このため操舵輪の通常の操舵に加えて、操舵輪または非操舵輪に微小な角度の操舵を左右輪独立で行うことができる。
具体的には、この構成を操舵輪である前輪に適用した場合、通常のステアリング装置により運転者のハンドル操作で、車輪はナックルおよびユニット支持部とともに操舵されるが、この操舵に付加する形で、この操舵機能付ハブユニットにおける転舵軸心回りに僅かな角度の補助的な操舵を車輪毎に独立して行える。
また、この構成を非転舵輪である後輪に適用した場合は、操舵機能付ハブユニットの全体は転舵しないが、補助操舵機能により、前輪と同様に僅かな角度の転舵を車輪毎に独立して行える。
前記操舵用アクチュエータにより、ハブベアリングを有するハブユニット本体を転舵軸心回りに一定の範囲で自由に回転させることができ、車両の走行状況に応じて、例えば車輪のトー角を任意に変更することができる。
また、旋回走行時に、走行速度に応じて左右輪の舵角差を変えることができる。例えば高速域の旋回走行においてはパラレルジオメトリとし、低速域の旋回走行においてはアッカーマンジオメトリとする等、走行中にステアリングジオメトリを変化させることができる。このように走行中に車輪角度を自由に変更することができるため、車両の運動性能を向上させ、安定・安全に走行することが可能となる。さらに、左右の車輪の操舵角度を適切に変えることで、旋回走行における車両の旋回半径を小さくし、小回り性能を向上させることもできる。

さらに直線走行時にも、それぞれの場面に合わせてトー角度の量を調整することで、低速時にはタイヤをまっすぐに向け抵抗を小さくし燃費を悪化させることなく、高速時にはタイヤ角度をトーインとし走行安定性を確保するなど調整が可能である。
後輪に適用した場合は、舵角を前輪と同じ位相にすると、転舵時に発生するヨーを抑え、車両の安定性を高めることができる。さらに、直線走行時にも左右独立でトー角度を調整することで、走行安定性を確保することができる。
このように車両の挙動を制御するためには、正確に車輪の舵角を制御する必要があるとともに、異常時にはタイヤの角度を初期状態に戻して、安全に制御を停止させる必要がある。
この発明では、車輪の角度を適切に管理し、または指令値通りに動作しているかを確認するために、直動機構の出力ロッドの移動量を監視するセンサとして、直線位置センサである位置センサを用いているため、モータから直動機構に駆動力を伝達する減速機等の経路中や、直動機構自体の遊びに影響されずに精度良く検出できる。また、モータにレゾルバ等の高精度の回転センサを設けた場合も、何回転目であるかの判断を前記位置センサの出力によって行え、かつ相互チョックにより検出の信頼性が高められる。
さらに、前記位置センサには、位置の変化を検出する半導体素子を１パッケージに２個有する、いわゆるデュアルダイの位置センサを配置している。そのため、この操舵機能付ハブユニットは、冗長性を確保し、小型化することができる。

この操舵機能付ハブユニットは、このように通常のステアリング装置による操舵輪の操舵に加えて、操舵輪または非操舵輪に微小な角度の操舵を左右輪独立で行えて、走行状況に合わせ左右の車輪を適切な転舵角に制御することで、燃費の改善および走行性の安定と安全性の向上を図れ、かつデュアルダイの位置センサを用いたため、タイヤハウス内に収まるコンパクトな構造で、直動機構の出力ロッドの移動量を正確に、かつ冗長性を確保して監視することができる。

この発明の操舵機能付ハブユニットにおいて、前記位置センサが磁気センサであってもよい。この場合、前記半導体素子は、例えばホール素子である。
磁気センサであると、光源が不要で構成が簡素となり、また走行に伴い振動を受ける環境下での耐久性に優れる。

この発明の操舵システムは、この発明の操舵機能付ハブユニットは、制御装置とを備え、前記制御装置は、上位制御部の指令信号を受け、前記直動機構の駆動源となるモータに対する電流指令信号を出力する操舵制御部、および前記電流指令信号に応じた電流を出力して前記モータに印加し前記操舵用アクチュエータを駆動するアクチュエータ駆動制御部を有する。
この構成の操舵システムによると、この発明の操舵機能付ハブユニットを簡単な構成で制御して、この操舵機能付ハブユニットの上記利点を効果的に得ることができる。

この発明の操舵システムにおいて、前記操舵機能付ハブユニットに、前記直動機構の駆動源であるモータの回転を検出する回転センサを有し、前記制御装置に、前記位置センサの前記個々の反動体素子の検出値である２つの検出値と前記回転センサの検出値とを相互に比較して、前記位置センサに異常であるか、および前記回転センサに異常があるかを判定し、異常である場合に制御停止指令を出力するセンサ異常判定部を有していてもよい。前記回転センサは、例えばレゾルバである。
このセンサ異常判定部を備えることにより、デュアルダイの位置センサを用いたことと相まって、より信頼性の高い操舵の制御が行える。

この発明の車両は、この発明の操舵機能付ハブユニット、またはこの発明の操舵システムを備え、前記操舵機能付ハブユニットを、左右の前輪に装備する。
この構成の車両によると、この発明の操舵機能付ハブユニットを前輪に装備した場合の前記各効果を得ることができる。

この発明の他の車両は、この発明の操舵機能付ハブユニット、またはこの発明の操舵システムを備え、前記操舵機能付ハブユニットを、左右の後輪に装備する。
この構成の車両によると、この発明の操舵機能付ハブユニットを後輪に装備した場合の前記各効果を得ることができる。

この発明の操舵機能付ハブユニットは、車輪を支持するハブベアリングを有するハブユニット本体と、懸架装置の足回りフレーム部品に設けられ、前記ハブユニット本体を上下方向に延びる転舵軸心回りに回転自在に支持するユニット支持部材と、前記ハブユニット本体を前記転舵軸心回りに回転駆動させる操舵用アクチュエータと、を備え、前記操舵用アクチュエータは、回転駆動源と、この回転駆動源の回転出力を直進運動に変換する直動機構とを有し、前記直動機構の前記出力ロッドの移動量を監視する位置センサを有し、この位置センサは、位置の変化を検出する半導体素子を１パッケージに２個有し、前記各半導体素子の出力を前記パッケージの外部に出力する出力端子を個別に有するため、操舵輪の通常の操舵に加えて、操舵輪または非操舵輪に微小な角度の操舵を左右輪独立で行うことができて、走行状況に合わせ左右の車輪を適切な転舵角に制御することで、燃費の改善および走行性の安定と安全性の向上を図れ、かつタイヤハウス内に収まるコンパクトな構造で、直動機構の出力ロッドの移動量を正確に、かつ冗長性を確保して監視することができる。

この発明の操舵システムは、この発明の操舵機能付ハブユニットは、制御装置とを備え、前記制御装置は、上位制御部の指令信号を受け、前記直動機構の駆動源となるモータに対する電流指令信号を出力する操舵制御部、および前記電流指令信号に応じた電流を出力して前記モータに印加し前記操舵用アクチュエータを駆動するアクチュエータ駆動制御部を有するため、この発明の操舵機能付ハブユニットを簡単な構成で制御して、この発明の操舵機能付ハブユニットの上記利点を効果的に得ることができる。

この発明の車両は、この発明の操舵機能付ハブユニット、またはこの発明の操舵システムを備え、前記操舵機能付ハブユニットを、左右の前輪または後輪に装備するため、この発明の操舵機能付ハブユニットを前輪または後輪に装備した場合の前記各効果を得ることができる。

この発明の第１の実施形態に係る操舵機能付ハブユニットおよびその周辺の構成を示す縦断面図である。 同操舵機能付ハブユニットおよびその周辺の構成を示す水平断面図に制御系のブロックを付した説明図である。 同操舵機能付ハブユニットの外観を示す斜視図である。 同操舵機能付ハブユニットの側面図である。 同操舵機能付ハブユニットの平面図である。 図４のVI - VI 線断面図である。 図２の一部を拡大して示す拡大断面図である。 同操舵機能付ハブユニットに用いた位置センサの概念構成の説明図である。 同操舵機能付ハブユニットを用いた操舵システムにおけるセンサ異常判定部の処理の流れ図である。 同操舵機能付ハブユニットを備えた車両の一例の模式平面図である。 同操舵機能付ハブユニットを備えた車両の他の例の模式平面図である。 同操舵機能付ハブユニットを備えた車両のその他の例の模式平面図である。

［第１の実施形態］
この発明の第１の実施形態に係る操舵機能付ハブユニットを図１ないし図１０と共に説明する。
＜操舵機能付ハブユニットの概略構造＞
図１に示すように、この操舵機能付ハブユニット１は、ハブベアリング１５を有するハブユニット本体２と、ユニット支持部材３と、操舵用アクチュエータ５とを備える。前記ユニット支持部材３は、足回りフレーム部品であるナックル６に一体に設けられている。このユニット支持部材３のインボード側に、操舵用アクチュエータ５のアクチュエータ本体７が設けられ、ユニット支持部材３のアウトボード側に、ハブユニット本体２が設けられる。操舵機能付ハブユニット１を車両に搭載した状態で、車両の車幅方向外側をアウトボード側といい、車両の車幅方向中央側をインボード側という。なお、操舵機能付ハブユニット１を、以下単にハブユニット１と言う場合がある。

図２および図３に示すように、ハブユニット本体２とアクチュエータ本体７とはジョイント部８により連結されている。通常、このジョイント部８は、防水、防塵のために図示外のブーツで覆われている。

図１に示すように、ハブユニット本体２は、上下方向に延びる転舵軸心Ａ回りに回転自在なように、上下二箇所で回転許容支持部品４，４を介してユニット支持部材３に支持されている。転舵軸心Ａは、車輪９の回転軸心Ｏとは異なる軸心であり、主な操舵を行うキングピン軸とも異なっている。通常の車両は、車両走行の直進安定性の向上を目的としてキングピン角度が１０〜２０度で設定されているが、この実施形態の操舵機能付ハブユニット１は、前記キングピン角度とは別の角度（軸）の転舵軸心を有する。車輪９は、ホイール９ａとタイヤ９ｂとを備える。

＜操舵機能付ハブユニット１の設置箇所＞
この操舵機能付ハブユニット１は、この実施形態では操舵輪に設けられている。具体的には図１０に示すように、この操舵機能付ハブユニット１は、車両１０の前輪９Ｆの通常の操舵を行うステアリング装置１１による操舵に付加して左右輪個別に微小な角度（約±５ｄｅｇ）を操舵させる機構として、懸架装置１２のナックル６に一体に設けられる。

ステアリング装置１１は、車体に取り付けられ、運転者のハンドル１１ａの操作、または図示外の自動運転装置、運転支援装置の指令等によって動作し、その進退するタイロッド１４が、ユニット支持部材３（図２参照）のステアリング結合部６ｄ（後述する）に連結されている。ステアリング装置１１は、ラック・ピニオン式等とされるが、どのタイプのステアリング装置でも構わない。懸架装置１２は、例えば、ショックアブソーバーをナックル６に直接固定するストラット式サスペンション機構を適用しているが、マルチリンク式サスペンション機構、その他のサスペンション機構を適用してもよい。

＜ハブユニット本体２について＞
図１に示すように、ハブユニット本体２は、車輪９の支持用のハブベアリング１５と、アウターリング１６と、このアウターリング１６に設けられた後述の補助操舵用の操舵力受け部であるアーム部１７（図３）とを備える。
ハブベアリング１５は、内輪１８と、外輪１９と、これら内外輪１８，１９間に介在したボール等の転動体２０とを有し、車体側の部材と車輪９とを繋ぐ役目をしている。

このハブベアリング１５は、図示の例では、外輪１９が固定輪、内輪１８が回転輪となり、転動体２０が複列とされたアンギュラ玉軸受とされている。図６に示すように、内輪１８は、ハブフランジ１８ａａを有しアウトボード側の軌道面を構成するハブ輪部１８ａと、このハブ輪部１８ａの外周に嵌合して固定されてインボード側の軌道面を構成する内輪部１８ｂとを有する。図１に示すように、ハブフランジ１８ａａに、車輪９のホイール９ａがブレーキロータ２１ａと重なり状態で、ハブボルト４１により固定されている。内輪１８は、回転軸心Ｏ回りに回転する。

図６に示すように、アウターリング１６は、ハブベアリング１５の外輪１９の外周面に嵌合された円環部１６ａと、この円環部１６ａの外周から上下に突出して設けられた転舵中心部であるトラニオン軸状の転舵軸部１６ｂ，１６ｂとを有する。上下の各転舵軸部１６ｂは、転舵軸心Ａに同軸に設けられる。

図２に示すように、ブレーキ２１は、ブレーキロータ２１ａと、ブレーキキャリパ２１ｂとを有する。ブレーキキャリパ２１ｂは、ハブユニット本体２の前記アウターリング１６に一体にアーム状に突出して形成された上下二箇所のブレーキキャリパ取付部２２（図４）に取付けられる。

＜回転許容支持部品４およびユニット支持部材３について＞
図６に示すように、各回転許容支持部品４は転がり軸受から成る。この例では、転がり軸受として、円すいころ軸受が適用されている。転がり軸受は、転舵軸部１６ｂの外周に嵌合した内輪４ａと、ユニット支持部材３に嵌合した外輪４ｂと、内外輪４ａ，４ｂ間に介在する複数の転動体４ｃとを有する。

ユニット支持部材３は、ナックル６と一体のユニット支持部材本体３Ａと、ユニット支持部材結合体３Ｂとを有する。ユニット支持部材本体３Ａのアウトボード側端に、略半割りリング形状のユニット支持部材結合体３Ｂが着脱自在に固定されている。ユニット支持部材結合体３Ｂのインボード側側面のうち上下の部分には、部分的な凹球面状の嵌合孔形成部３Ｂａがそれぞれ形成されている。

図５および図６に示すように、ユニット支持部材本体３Ａのアウトボード側端のうち上下の部分には、部分的な凹球面状の嵌合孔形成部３Ａａがそれぞれ形成されている。ユニット支持部材本体３Ａのアウトボード側端にユニット支持部材結合体３Ｂが固定され、各上下の部分につき、嵌合孔形成部３Ａａ，３Ｂａが互いに組み合わされることにより、全周に連なる嵌合孔が形成される。この嵌合孔に外輪４ｂ（図６参照）が嵌合されている。なお、図３において、ユニット支持部材３を、一点鎖線のハッチングを付して表す。

図６に示すように、各転舵軸部１６ｂは、中空軸とされて内周孔内に雌ねじ部が径方向に延びるように形成され、この雌ねじ部に螺合するボルト２３が設けられている。内輪４ａの端面に円板状の押圧部材２４を介在させ、前記雌ねじ部に螺合するボルト２３により、内輪４ａの端面に押圧力を付与することで、各回転許容支持部品４にそれぞれ予圧を与えている。すなわち、車両の重量などの外力がハブユニットに作用した場合でも予圧が抜けないように初期予圧が設定されている。これにより各回転許容支持部品４の剛性を高め得る。なお、回転許容支持部品４の転がり軸受は、円すいころ軸受に代えてアンギュラ玉軸受または四点接触玉軸受など、他の形式の軸受を用いることも可能であるが、予圧を与えることができる軸受が好ましい。

図１に示すように、上下の転舵軸部１６ｂ，１６ｂは、それぞれ回転許容支持部品４，４を介してユニット支持部材３に支持され、各回転許容支持部品４が車輪９のホイール９ａ内に位置する。この例では、各回転許容支持部品４が、ホイール９ａ内でこのホイール９ａの幅方向中間付近に配置される。

図２に示すように、ハブユニット本体２のアーム部１７は、ハブベアリング１５の外輪１９に補助的な操舵力を与える作用点となる部位であり、アウターリング１６の外周の一部に一体に突出する。アーム部１７は、ジョイント部８を介して、操舵用アクチュエータ５の直動出力部となる出力ロッド２５ａに回転自在に連結されている。これにより、操舵用アクチュエータ５の出力ロッド２５ａが進退することで、ハブユニット本体２が転舵軸心Ａ回りに回転、つまり補助操舵させられる。

＜操舵用アクチュエータ５、回転センサ５３＞
図３に示すように、操舵用アクチュエータ５は、ハブユニット本体２を転舵軸心Ａ（図１）回りに回転駆動させるアクチュエータ本体７を有する。
図２に示すように、アクチュエータ本体７は、駆動源であるモータ２６と、モータ２６の回転を減速する減速機２７と、この減速機２７の正逆の回転出力を出力ロッド２５ａの往復直線動作に変換する直動機構２５とを備える。モータ２６は、例えば永久磁石型同期モータとされるが、直流モータであっても、誘導モータであってもよい。モータ２６には回転位置を検出するレゾルバ等の回転センサ５３が設けられている。

減速機２７は、ベルト伝達機構等の巻き掛け式伝達機構またはギヤ列等を用いることができ、図２の例ではベルト伝達機構が用いられている。減速機２７は、ドライブプーリ２７ａ、ドリブンプーリ２７ｂと、ベルト２７ｃとを有する。モータ２６のモータ軸にドライブプーリ２７ａが結合され、直動機構２５の回転自在なナット部材２５ｂに、ドリブンプーリ２７ｂが設けられている。このドリブンプーリ２７ｂは、前記モータ軸に平行に配置されている。モータ２６の駆動力は、ドライブプーリ２７ａからベルト２７ｃを介してドリブンプーリ２７ｂに伝達される。前記各ドライブプーリ２７ａ，ドリブンプーリ２７ｂとベルト２７ｃとで、巻き掛け式の減速機２７が構成される。

＜直動機構２５＞
直動機構２５は、滑りねじまたはボールねじ等の送りねじ機構、またはラック・ピニオン機構等を用いることができ、この例では台形ねじの滑りねじを用いた送りねじ機構が用いられている。この直動機構２５は、具体的には、外周部に前記ドリブンプーリ２７ｂが設けられて軸方向両側の軸受４２，４２によりユニット支持部材３に回転自在に設置されたナット部材２５ｂと、このナット部材２５ｂに噛み合う雄ねじ部２５ａａ（図７参照）が外周に設けられた前記出力ロッド２５ａとでなる。出力ロッド２５ａは、軸状の回り止め部材５１によってユニット支持部材３に対して回り止めされている。回り止め部材５１は、出力ロッド２５ａの後端に取付けられていて、外周にローラ５１ａを有し、このローラ５１ａは、出力ロッド２５ａの進退時に、ユニット支持部材３に設けられた回り止め用ガイド面５２に回転しながら案内される。
直動機構２５は、前記台形ねじの滑りねじを用いた送りねじ機構を備えるため、タイヤ９ｂからの逆入力の防止効果を高め得る。モータ２６、減速機２７および直動機構２５を備えたアクチュエータ本体７は、サブアセンブリとして組み立てられてケース６ｂにボルト等により着脱自在に取り付けられる。なおモータ２６の駆動力を、減速機を介さず直接に直動機構２５へ伝達する機構も可能である。

＜位置センサ４４＞
図７に拡大して示すように、操舵用アクチュエータ５には直動機構２５の出力ロッド２５ａの移動量を監視する直線位置センサである位置センサ４４を備える。この位置センサ４４は、図８に概念的に示すように、位置の変化を検出する半導体素子４５を、１つのパッケージ４６に２個有し、各半導体素子４５，４５の出力をパッケージ４６の外部に出力する出力端子４７，４７を個別に有している。位置センサ４４は、磁気式、光学式、静電容量式等の各種のセンサを用いることができるが、この実施形態では、磁気センサが用いられ、前記半導体素子４５，４５にはホール素子が用いられている。

同図に示すように、直動機構２５の出力ロッド２５ａの後端にセンサターゲットとなる永久磁石４８が取付けられており、位置センサ４４は、出力ロッド２５ａの進退に伴う永久磁石４８の磁場の変化を前記各半導体素子４５，４５が読み取り、出力ロッド２５ａの進退位置を検出する。永久磁石４８は、図示の例では前記回り止め部材５１に取付けられている。位置センサ４４は、基板４９を介してユニット支持部材３のセンサハウジング５０に取付けられており、永久磁石４８が進退する経路に対向して、直動機構２５の後部に配置されている。

＜その他の機構的構成＞
図２において、前記ケース６ｂは、ユニット支持部材３の一部として、ユニット支持部材本体３Ａに一体に形成されている。ケース６ｂは、有底筒状に形成され、モータ２６を支持するモータ収容部と、直動機構２５を支持する直動機構収容部が設けられている。前記モータ収容部には、モータ２６をケース内所定位置に支持する嵌合孔が形成されている。前記直動機構収容部には、直動機構２５をケース内所定位置に支持する嵌合孔、および、出力ロッド２５ａの進退を許す貫通孔等が形成されている。

図３に示すように、ユニット支持部材本体３Ａは、前記ケース６ｂ、ショックアブソーバの取り付け部となるショックアブソーバ取り付け部６ｃ、およびステアリング装置１１（図２）の結合部となるステアリング装置結合部６ｄを有する。これらショックアブソーバ取り付け部６ｃおよびステアリング装置結合部６ｄも、ユニット支持部材本体３Ａに一体に形成されている。ユニット支持部材本体３Ａの外表面部における上部に、ショックアブソーバ取り付け部６ｃが突出するように形成されている。ユニット支持部材本体３Ａの外表面部における側面部には、ステアリング装置結合部６ｄが突出するように形成されている。

＜操舵システムについて＞
図２に示すように、この操舵システムは、第１の実施形態に係る操舵機能付ハブユニット１と、この操舵機能付ハブユニット１の操舵用アクチュエータ５を制御する制御装置２９とを備える。制御装置２９は、操舵制御部３０と、アクチュエータ駆動制御部３１と、センサ異常判定部５２を有する。

操舵制御部３０は、上位制御部３２から与えられた補助操舵角指令信号（操舵角指令信号）に応じた電流指令信号を出力する。
上位制御部３２は操舵制御部３０の上位の制御手段であり、この上位制御部３２として、例えば、車両全般を制御する電気制御ユニット（Vehicle Control Unit, 略称ＶＣＵ）が適用される。

アクチュエータ駆動制御部３１は、操舵制御部３０から入力された電流指令信号に応じた電流をモータ２６に出力して操舵用アクチュエータ５の出力ロッド２５ａの進退位置を駆動制御し、転舵軸心Ａ（図１参照）回りのハブユニット本体２の転舵角度を制御する。これにより、運転者のハンドル操作による操舵に付加して、車輪を微小に角度変化させることができる。直線走行時にも、それぞれの場面に合わせてトー角の量を調整し得る。
アクチュエータ駆動制御部３１は、例えば、図示外のスイッチ素子を用いたハーフブリッジ回路を構成し、前記スイッチ素子のＯＮ−ＯＦＦデューティ比によりモータ印加電圧を決定するＰＷＭ制御を行う。

アクチュエータ駆動制御部３１は、モータ２６に設けられたレゾルバ等の回転センサ５３により検出される回転位置の値から求まる出力ロッド２５ａの進退位置を用いてフィードバック制御を行う。このとき、アクチュエータ駆動制御部３１は、位置センサ４４の検出値を用い、モータ２６が原点から何回転目に位置するかの認識を行う。
なお、回転センサ５３に異常が発生した場合に、位置センサ４４の検出値を用いて前記制御を行うようにしてもよく、またモータ２６に回転センサ５３を設けずに、位置センサ４４の検出値のみを用いてフィードバック等の制御を行うようにしてもよい。

センサ異常判定部５２は、位置センサ４４の個々の半導体素子４５，４５（図８参照）の検出値である２つの検出値と回転センサ５３の検出値とを相互に比較して、位置センサ４４の２つの検出値の両方が共に異常であるか、および回転センサ５３の検出値が異常であるかを判定し、異常である場合に制御停止指令を出力する。制御装置２９は、この制御停止指令に応答してアクチュエータ駆動制御部３１等の制御を停止する。センサ異常判定部５２の具体的な処理については、後に図９の流れ図と共に説明する。

＜非操舵輪への適用について＞
この操舵機能付ハブユニット１は、非操舵輪に対して用いてもよい。例えば、図１１に示すように、前輪操舵の車両において、後輪９Ｒを支持する懸架装置１２Ｒの車輪用軸受設置部となる足回りフレーム部品６Ｒに設定し、後輪操舵に用いてもよい。
その他図１２に示すように、操舵機能付ハブユニット１を、操舵輪である左右の前輪９Ｆ，９Ｆおよび非操舵輪である左右の後輪９Ｒ，９Ｒにそれぞれ用いてもよい。

＜作用効果＞
上記構成の操舵機能付ハブユニット１によれば、通常の操舵を行うステアリング装置１１（図８参照）のキングピン軸とは異なる転舵軸心Ａを持ち、ハブベアリング１５を有するハブユニット本体２が前記転舵軸心Ａ回りに上下両端部で回転可能に保持されている。また、ハブユニット１内に配置される操舵用アクチュエータ５によって、ハブユニット本体２を転舵軸心Ａを中心として回転作動させることが可能である。これによって、簡単な構造でハブユニット本体２に取り付けられた車輪９のトー角度を走行中に自由に変更することができる。

運転者はハンドル１１ａによって車輪９の舵角を操作するが、車両１０の上位制御部３２では車両１０の状況に合わせて左右輪の補助転舵角の指令信号を出力し、操舵制御部３０は入力された（舵角指令信号）に応じて電流指令信号を出力する。電流指令信号を受けたアクチュエータ駆動制御部３１は、指令信号に応じてモータ駆動電流を左右の操舵用アクチュエータ５のモータに出力することにより、ユニット支持部材３に対するハブベアリング１５を有するハブユニット本体２の角度を微小に変化させる。

車両の走行条件に応じ、左右の車輪９，９（９Ｆ，９Ｆ）を独立して角度を任意に変更することができるため、適切にタイヤ角度を補正転舵することで、車両１０の運動性能を向上させ、安定・安全に走行することが可能となる。また、適切な車輪角度を設定することで燃費を改善することも可能となる。
具体例を挙げると、高速域の旋回走行においてはパラレルジオメトリとし、低速域の旋回走行においてはアッカーマンジオメトリとする等、走行中にステアリングジオメトリを変化させることができる。このように走行中に車輪角度を自由に変更することができるため、車両１０の運動性能を向上させ、安定・安全に走行することが可能となる。さらに、左右の操舵輪の転舵角度を適切に変えることで、旋回走行における車両１０の旋回半径を小さくし、小回り性能を向上させることもできる。直線走行時にも、それぞれの場面に合わせてトー角度の量を調整することで、低速時にはタイヤをまっすぐに向け抵抗を小さくし燃費を悪化させることなく、高速時にはタイヤ角度をトーインとし走行安定性を確保するなど調整が可能である。

＜位置センサ４４の作用，効果＞
直動機構２５の出力ロッド２５ａの移動量を監視するセンサとして、直線位置センサである位置センサ４４を用いているため、モータ２６から直動機構２５に駆動力を伝達する減速機等の経路中や、直動機構２５自体の遊びに影響されずに精度良く検出できる。またモータ２６にレゾルバ等の高精度の回転センサ５３を設けた場合も、何回転目であるかの判断を前記位置センサ５３の出力によって行え、かつ相互チェックにより検出の信頼性が高められる。

＜センサ異常の判定、制御の切換、停止＞
この操舵機能付ハブユニット１において、転舵角を細密に制御するためには、直動機構２５の出力ロッド２５ａの移動量を適切に管理する必要がある。また、制御中にモータ２６のレゾルバなどの回転センサ５３と位置センサ４４の値を相互チェックすることで、操舵用アクチュエータ５が正しく動作しているかを互いに確認し、どちらかに異常が生じた場合には制御を停止することが望ましい。そこで、センサ異常判定部５２を設け、図９に示す処理を行っている。

図９と共に、センサ異常判定部５２の処理を流れを説明する。同図において、位置センサ４４の２つの半導体素子４５，４５（図７参照）は、「位置センサ(1) 」、「位置センサ(2) 」と称して区別している。図７のいずれの半導体素子４５，４５が位置センサ(1) であってもよい。また、回転センサ５３については、レゾルバを用いた例であるため、「レゾルバ」と称し、その検出値を「モータレゾルバ値」と称している。

走行中に位置センサ(1) と位置センサ(2) は、正常に動作しているか確認するために、値の範囲チェックを行う。（ステップＳ１）。この時、位置センサ(1) と位置センサ２(2) の値が範囲外（定められた位置検出範囲Ｃの外）の場合、位置センサ(1) 、位置センサ２(2) のどちらかに失陥が考えられるため、制御を停止し（ステップＳ９）、異常（位置センサ(1) 、(2) の異常）を出力する。（ステップＳ８）

ステップＳ１で位置センサ４４（(1) ，(2) ）が共に正常に動作していると判断した場合、モータレゾルバ値（Ｒ) と位置センサ(1) の値（Ａ) との比較を行い、相互チェックを行っている。それぞれの値の偏差が小さい場合（設定偏差よりも小さい場合）は、正常に動作していると判断し、制御を継続する。（ステップＳ２）
それぞれの値の偏差が大きい場合、どちらかの位置センサ(1) ，(2) が失陥していると考えられるため、どちらの位置センサ(1) ，(2) が失陥しているかを判断するために、モータレゾルバ値（Ｒ) と位置センサ２の値（Ｂ) を比較する。（ステップＳ３）
この時に、モータレゾルバ値（Ｒ) と位置センサ(2) の値（Ｂ) の偏差が小さい場合は、位置センサ(1) の異常を出力（ステップＳ４）し、制御は継続する。（ステップＳ５）

モータレゾルバ値（Ｒ) と位置センサ(2) の値（Ｂ) の偏差が大きい場合は、さらに位置センサ(1) の値（Ａ) と位置センサ(2) の値（Ｂ) を比較する。（ステップＳ６）
位置センサ(1) と位置センサ(2) の値の偏差が小さい場合は、モータレゾルバが異常と判断し、モータレゾルバ異常を出力（ステップＳ７）して、制御を停止する。（ステップＳ９）

また、位置センサ(1) の値（Ａ) と位置センサ(2) の値（Ｂ) の偏差が大きい場合は、位置センサ(1) および位置センサ２(2) の異常を出力（ステップＳ８）し、制御を停止する。（ステップＳ９）
この様に、モータレゾルバ値と位置センサ４４の出力２個を比較することで、冗長性を確保することが可能となる。

以上のように、この実施形態では、車輪の角度を適切に管理し、または、指令値通りに動作しているかを確認するために、直動機構２５の出力ロッド２５ａの移動量を直線位置センサである位置センサ４４によってセンシングするとともに、この位置センサ４４に、１パッケージに２個の半導体素子（ダイ）４５，４５を備えたデュアルダイの磁気センサを配置しているため、冗長性を確保し、補助転舵機能付きハブユニット１を小型化することができる。

以上、実施形態に基づいて本発明を実施するための形態を説明したが、ここで開示した実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

２…ハブユニット本体、３…ユニット支持部材、５…操舵用アクチュエータ、６…ナックル（足回りフレーム部品）、９…車輪、１２，１２Ｒ…懸架装置、１５…ハブベアリング、１６ａ…円環部、１６ｂ…転舵軸部（転舵中心部）、２５…直動機構、２５ａ…出力ロッド、２９…制御装置、３０…操舵制御部、３１…アクチュエータ駆動制御部、３２…上位制御部、４４…位置センサ、４５…半導体素子、４６…パッケージ、４７…端子、４８…永久磁石、４９…基板、５２…センサ異常判定部、５３…回転センサ

Claims (6)

1. 車輪を支持するハブベアリングを有するハブユニット本体と、
   懸架装置の足回りフレーム部品に設けられ、前記ハブユニット本体を上下方向に延びる転舵軸心回りに回転自在に支持するユニット支持部材と、
   前記ハブユニット本体を前記転舵軸心回りに回転駆動させる操舵用アクチュエータと、を備え、
   前記操舵用アクチュエータは、回転駆動源と、この回転駆動源の回転出力を直進運動に変換する直動機構とを有し、
   前記直動機構の前記出力ロッドの移動量を監視する位置センサを有し、この位置センサは、位置の変化を検出する半導体素子を１パッケージに２個有し、前記各半導体素子の出力を前記パッケージの外部に出力する出力端子を個別に有する操舵機能付ハブユニット。
2. 請求項１に記載の操舵機能付ハブユニットにおいて、前記位置センサが磁気センサである操舵機能付ハブユニット。
3. 請求項１または請求項２に記載の操舵機能付ハブユニットと、制御装置とを備え、前記制御装置は、上位制御部の指令信号を受け、前記直動機構の駆動源となるモータに対する電流指令信号を出力する操舵制御部、および前記電流指令信号に応じた電流を出力して前記モータに印加し前記操舵用アクチュエータを駆動するアクチュエータ駆動制御部を有する操舵システム。
4. 請求項３に記載の操舵システムにおいて、前記操舵機能付ハブユニットに、前記直動機構の駆動源であるモータの回転を検出する回転センサを有し、前記制御装置に、前記位置センサの前記個々の半導体素子の検出値である２つの検出値と前記回転センサの検出値とを相互に比較して、前記位置センサが異常であるか、および前記回転センサが異常であるかを判定し、異常である場合に制御停止指令を出力するセンサ異常判定部を有する操舵システム。
5. 請求項１もしくは請求項２に記載の操舵機能付ハブユニット、または請求項３もしくは請求項４に記載の操舵システムを備え、前記操舵機能付ハブユニットを、左右の前輪に装備した車両。
6. 請求項１もしくは請求項２に記載の操舵機能付ハブユニット、または請求項３もしくは請求項４に記載の操舵システムを備え、前記操舵機能付ハブユニットを、左右の後輪に装備した車両。

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